在上篇文章中我們了解到，在智能輔助駕駛技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，傳統(tǒng) CAN 協(xié)議憑借成本低、抗干擾強(qiáng)的特性，在汽車電子系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著高階輔助駕駛對(duì)數(shù)據(jù)量和實(shí)時(shí)性要求的不斷提高，第三代 CAN 通信協(xié)議 ——CAN XL 應(yīng)運(yùn)而生。它憑借更高的通訊效率以及與 CAN FD 的兼容性，顯著提升了毫米波雷達(dá)的通信能力。CAN XL 不僅有效解決了帶寬瓶頸、減少了總線數(shù)量，還能在保證通信質(zhì)量的同時(shí)降低系統(tǒng)成本。本文將以實(shí)際雷達(dá)通信架構(gòu)為例，深入剖析 CAN XL 在三種 5 顆毫米波雷達(dá)（5R）配置方案中的通信能力，展示其如何成為高階輔助駕駛通信方案中的 “黃金搭檔”。

5 顆毫米波雷達(dá)（5R）方案的通訊架構(gòu)

隨著市場(chǎng)對(duì)高階輔助駕駛系統(tǒng)裝配率的要求逐漸提高，越來越多的主機(jī)廠選擇全車搭載 5 顆毫米波雷達(dá)的方案，即 1 顆前向雷達(dá)和 4 顆角雷達(dá)。我們根據(jù)性能要求假設(shè)了三種使用場(chǎng)景，并分別介紹了當(dāng)前 CAN FD 通訊連接形式以及升級(jí)至 CAN XL 所帶來的優(yōu)勢(shì)。

圖 1 5R 方案通訊架構(gòu)示意圖

CAN XL 在 Premium 和 High-End 場(chǎng)景中：顯著提高信號(hào)質(zhì)量、減少總線數(shù)量

在整車中央大腦算力日益豐富的情況下，集中式電子電氣架構(gòu)要求傳感器向中央大腦發(fā)送 “點(diǎn)云” 數(shù)據(jù)以進(jìn)行傳感器融合。目前，Premium 和 High-End 的 5R 配置通常采用 5 條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的 CAN FD 總線，將 5 顆毫米波雷達(dá)分別與 ADAS ECU 連接。

圖 2 Premium 和 High-End 場(chǎng)景 CAN 節(jié)點(diǎn)連接示意圖（注：此圖為 CAN 節(jié)點(diǎn)連接形式示意圖，不代表真實(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）

我們通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在 Premium 和 High-End 場(chǎng)景下，5 Mbps 速率的 CAN FD 總線負(fù)載率高達(dá) 50% 以上，甚至達(dá)到 87%，這在實(shí)際使用中通常是難以接受的。而采用 CAN XL 作為通信媒介時(shí)，其在速率和帶寬方面的優(yōu)勢(shì)使得我們僅需 2 條總線即可連接 5 顆毫米波雷達(dá)（前雷達(dá)采用 P2P 與 ADAS ECU 相連，4 顆角雷達(dá)采用線型總線與 ADAS ECU 相連）。在 20 Mbps 的 CAN XL 網(wǎng)絡(luò)中，總線負(fù)載顯著降低至 40% 左右，且前雷達(dá)的傳輸能力更強(qiáng)，傳輸 2000 個(gè)點(diǎn)云時(shí)總線負(fù)載僅為 39%。

圖 3 Premium 和 High-End 場(chǎng)景總線負(fù)載率對(duì)比

此外，CAN XL 還具有成本優(yōu)勢(shì)。與 CAN FD 需要 5 個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）連接相比，CAN XL 方案僅需 1 個(gè)線型（Linear）總線和 1 個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）的 CAN 總線。對(duì)于每個(gè)與 ADAS ECU 的連接，都需要外部組件（如收發(fā)器、扼流圈、EMC 元件、連接器、線纜等）。采用 CAN XL 方案時(shí)，ADAS ECU 僅需 2 個(gè)總線接口，而 CAN FD 方案需要 5 個(gè)總線接口。CAN XL 雷達(dá)方案所需外部元件數(shù)量?jī)H為 CAN FD 方案的 40%，這種較低的成本（更少的外部組件）抵消了支持 20 Mbit/s 速率的 CAN SIC XL 收發(fā)器的較高成本。相較于 CAN FD 方案，CAN XL 雷達(dá)方案既能實(shí)現(xiàn)更高的性能，又能降低總體成本。

CAN XL 在 Mid-End 場(chǎng)景中：通過混合網(wǎng)絡(luò)逐步提升信號(hào)質(zhì)量

Mid-End 場(chǎng)景屬于經(jīng)濟(jì)型配置方案，由于雷達(dá)傳感器僅傳輸目標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，通常采用 3 條 CAN FD 總線進(jìn)行連接：前雷達(dá)通過 1 條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）總線、4 顆角雷達(dá)兩兩組合成 2 路線型總線（Linear）連接 ADAS ECU。目前市場(chǎng)普遍使用 2 Mbps 的 CAN FD，可獲得相對(duì)不錯(cuò)的總線負(fù)載率。

圖 4 Mid-End 場(chǎng)景 CAN 節(jié)點(diǎn)連接示意圖（注：此圖為 CAN 節(jié)點(diǎn)連接形式示意圖，不代表真實(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）

我們嘗試使用混合網(wǎng)絡(luò)（Mixed-Network）將 3 條 CAN 總線整合為 1 條 CAN 總線，即在混合網(wǎng)絡(luò)總線中傳輸兩種速率和協(xié)議的 CAN 數(shù)據(jù)（CAN FD 數(shù)據(jù)和 CAN XL 數(shù)據(jù)）。首先，將前雷達(dá)和 ADAS ECU 更新為 CAN XL 接口，其他雷達(dá)維持 CAN FD 接口。在 2 Mbps CAN FD + 8 Mbps CAN XL 的配置下，總線負(fù)載率為 61%，這是因?yàn)?3 條總線的數(shù)據(jù)被合并到 1 條總線上。

圖 5 Mid-End 場(chǎng)景不同配置總線負(fù)載率對(duì)比

繼續(xù)提高速率，采用 5 Mbps CAN FD + 8 Mbps CAN XL 的配置可獲得不錯(cuò)的總線負(fù)載率（34%）。當(dāng)角雷達(dá)也升級(jí)為 CAN XL 接口后，在 8 Mbps 純 CAN XL 的網(wǎng)絡(luò)下，即使數(shù)據(jù)量翻倍（前雷達(dá)傳輸 64 個(gè)目標(biāo)，角雷達(dá)傳輸 44 個(gè)目標(biāo)），總線負(fù)載率仍可維持在 35%。

相較于采用 1 條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）連接加 2 條線型（Linear）的總線方案，使用 1 條總線型的解決方案可實(shí)現(xiàn)更低成本。正如之前的雷達(dá)架構(gòu)所驗(yàn)證的，CAN SIC 收發(fā)器成本的增加，通過減少外部組件的使用得到了有效抵消。這種優(yōu)化使得雷達(dá)解決方案在實(shí)現(xiàn)更高性能的同時(shí)，整體成本進(jìn)一步降低。

總結(jié)

本文論證了在車載毫米波雷達(dá)應(yīng)用中，更先進(jìn)的 CAN XL 通信協(xié)議為雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸帶來的諸多好處。下圖展示了經(jīng)典 CAN、CAN FD 和 CAN XL 三種通訊協(xié)議在不同速率下的凈比特率比較。顯然，由于 CAN XL 協(xié)議的有效載荷可達(dá)到 2048 字節(jié)，相比經(jīng)典 CAN 和 CAN FD，CAN XL 的凈比特率具有明顯優(yōu)勢(shì)，這表明使用 CAN XL 通訊協(xié)議可以顯著改善 CAN 網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，CAN XL 將成為智駕輔助系統(tǒng)的典型通信接口。